La mentalidad de “primero el cliente” detrás del  galardonado revestimiento ES302 de Timken

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La mentalidad de “primero el cliente” detrás del galardonado revestimiento ES302 de Timken

A finales de la década del 2000, las granjas eólicas en los Estados Unidos descubrieron que tenían un problema. Las turbinas eólicas que se habían instalado a fines de la década de los 90 o a comienzos del 2000, diseñadas para producir electricidad durante 20 años, necesitaban desesperadamente un servicio técnico mecánico importante.

Los rodamientos de rodillos de los ejes principales y de las cajas de engranajes de las turbinas tenían un daño prematuro según lo previsto en el diseño. Arreglar estos problemas requería una reconstrucción de gran importancia, con un costo de hasta USD 300,000 cada vez que había una falla, o un valor estimado de USD 1.2 millones a lo largo de la vida útil de una turbina.

Aproximadamente en el mismo momento, un equipo de investigación y desarrollo (research and development, R&D) de Timken habían llegado a la fase de producción en un proceso de revestimientos de plasma para rodamientos de rodillos en el que había estado trabajando desde finales de los 90. “La primera vez que comenzamos a investigar el modo en que los revestimientos podrían afectar el desempeño tribológico de los rodamientos con elementos giratorios, fuimos pioneros en el tema —dice Ryan Evans, quien ingresó como estudiante universitario de ingeniería química para trabajar en el proyecto y que, actualmente, se desempeña como director de R&D para rodamientos—.

Uno nunca quiere que las superficies de acero entren en contacto con un rodamiento”. Eso parece una tarea difícil porque al observar un rodamiento de rodillos, se ven rodillos que giran en un espacio reducido. Pero ese es el motivo por el cual debe haber lubricación: que siempre haya una película entre el rodillo y el anillo de la pista interna.

Lamentablemente, es difícil que las películas lubricantes mantengan una calidad constante. Por ejemplo, los primeros diseños de turbinas eólicas a menudo incluían rodamientos de rodillos esféricos (spherical roller bearings, SRB) de hilera doble en el eje principal, que tenían que tolerar una reacción radial y la carga axial del viento solo en la hilera de rodillos a favor del viento. A medida que el rodamiento se desgastaba a causa de esa presión dispareja, transfería cargas de desviación axial cada vez más grandes a los rodamientos de la caja de engranajes. Las empresas de energía eólica se encontraron frente al desafío de mantener los rodamientos lo suficientemente bien lubricados como para evitar los daños en estas condiciones de carga complejas.

A finales de la década del 2000, los rodamientos de rodillos de los ejes principales de las turbinas y las cajas de engranajes experimentaban daños prematuros, generando reconstrucciones importantes con un costo que podía alcanzar $300.000.

Cómo resolver el problema del contacto entre dos superficies de acero

Muchas industrias pesadas se enfrentan con el problema del contacto del acero sobre acero dentro de los rodamientos. Para solucionarlo, el equipo de Timken adoptó un enfoque novedoso: hacer rodillos para rodamientos menos “parecidos al acero” que los anillos. “Ponemos una capa superdelgada (fracciones del espesor de un cabello humano) de material compuesto sobre ellos —explica Evans—. Es una combinación de cerámica y un polímero diseñada específicamente; o, en otras palabras, una capa delgada similar al plástico de un material con pequeñas partículas de cerámica”.

Fundamentalmente, el revestimiento que Timken desarrolló, denominado ES302, era fuerte y resistente al desgaste como una broca para perforación y al mismo tiempo resbaladizo y antiadherente como su sartén favorito. La empresa encontró una próspera estrategia para el mercado de repuesto al reemplazar los rodamientos para las turbinas eólicas con rodamientos de rodillos esféricos resistentes al desgaste que ofrecían el revestimiento ES302 en los rodillos.

La agricultura fue otro mercado inicial para los rodamientos resistentes al desgaste en los grandes implementos agrícolas, como los tractores y las cosechadoras. Los clientes de la industria aeroespacial también hallaron aplicaciones, al igual que las fábricas de papel, las empresas de petróleo y gas, y las mineras, entre otros.

En la actualidad, los revestimientos de Timken son una opción de productos de primera calidad. “En general, puede agregarlos a cualquiera de los rodamientos Timken que prefiera —dice Evans—. Si ha estado comprando un rodamiento y le gusta, pero desearía que dure más tiempo cuando las condiciones de lubricación son malas por cualquier motivo, podemos añadir el lubricante sin tener que volver a diseñar completamente toda la pieza”.

Una mentalidad empresarial de R&D

Evans recuerda con cariño los años en los que se desarrolló el ES302. El equipo principal era un grupo muy unido que también incluía a Gary Doll, quien ahora es profesor de ingeniería de superficies en Timken y director del Laboratorio de Superficies de Ingeniería de Timken en la Universidad de Akron; Jim Gnagy, especialista en desarrollo de productos; y Tim Springer, gerente del programa. En los años que precedieron al proyecto ES302, otros analistas e ingenieros de R&D de Timken también hicieron aportes valiosos para el desarrollo de tecnologías resistentes al desgaste.

“Viajamos por todo el mundo para hablar con los clientes sobre la tecnología de los revestimientos avanzada y los rodamientos resistentes al desgaste”, explica Evans. El contacto directo con los clientes fue clave. Gran parte del éxito del producto se debe a las oportunidades que el equipo tuvo para descubrir los desafíos del mundo real, establecer vínculos con los clientes, probar las soluciones en el campo y obtener información sobre ellas.

Evans manifiesta que “ese período original de puesta en marcha fue, en gran medida, de investigación y desarrollo con los clientes para luego pasar rápidamente al desarrollo. Les enviábamos prototipos de piezas y luego esperábamos sus comentarios”. Siempre era una gran satisfacción recibir un correo electrónico del campo que decía algo como: “¡Superó el umbral de 2000 horas!” para una parte que, anteriormente, nunca había durado más de 200 horas.

Tom Springer, Jim Gnagy y Ryan Evans recibieron el Premio al Logro en Materiales de Ingeniería por el desarrollo de ES302, un recubrimiento diseñado para prolongar la vida útil, mejorar la eficacia y prevenir el desgaste de rodamientos y engranajes.

Reconocimiento internacional

Posiblemente, los rodamientos no sean lo primero en lo que la mayoría de nosotros pensamos cuando consideramos que la tecnología posibilita la civilización moderna; sin embargo, cada máquina con piezas giratorias los necesitan. En el fondo, los revestimientos de Timken han tenido éxito, simplemente, porque ayudan a que los rodamientos hagan su trabajo oculto de manera confiable, sin que nadie se percate.

“Colocamos un rodamiento resistente al desgaste, con recubrimiento, y el cliente casi nunca vuelve a comunicarse con nosotros —dice Evans— excepto para hacer un pedido para el año siguiente y el siguiente”.

Explica que “el ES302 nos ha abierto puertas y nos ha ayudado a crecer en el segmento de los rodamientos industriales para las aplicaciones que plantean un desafío”.

En 2017, ASM International, la destacada sociedad de información sobre materiales, reconoció a Timken con el prestigioso Premio al Logro en Materiales de Ingeniería para el ES302 “por los importantes aportes al campo de la ciencia de los materiales y el impacto demostrado en la industria”. Los ganadores anteriores de este premio anual, establecido en 1969, incluyeron a GE, Northrup Grumman, IBM, Boeing y GM, por nombrar solo a algunos.

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Artículo usado con permiso de la revista ASM International’s Advanced Materials & Processes.

Para el equipo de desarrollo, fue un momento de gran orgullo. “Obtenemos validación comercial cada vez que vendemos productos Timken resistentes al desgaste”, afirma Evans. Al recibir el premio, se hizo más evidente hasta qué punto los clientes y los colegas técnicos apreciaban el trabajo que abordamos al desarrollar el ES302.

Los clientes son la parte central

En la actualidad, los investigadores de Timken están buscando maneras de reducir los costos de los revestimientos y hacer que los revestimientos con diseño de ingeniería sean más accesibles para una mayor variedad de aplicaciones de los clientes. “Hoy en día, los revestimientos pueden ser costosos en relación con el precio de los rodamientos para industrias de gran volumen o rodaientos automotrices generales.  ¿Qué sucedería si pudiéramos lograr el mismo rendimiento resistente al desgaste en un revestimiento que cueste menos?”, pregunta Evans.

“Timken trabaja junto con centros de excelencia en todo el mundo para ayudar a resolver tos desafíos”, dice. Eso incluye instituciones locales, como la Universidad de Akron, en la que Doll está trabajando en la próxima generación de tecnologías de recubrimientos.

Los materiales y los procesos pueden cambiar con el tiempo, pero en los años que transcurrieron desde el desarrollo del ES302, Evans ha llegado a comprender cuán importante es la colaboración de los clientes para Timken, en toda la línea de productos. Evans afirma:

“Tenemos miles de piezas únicas que pueden comprarnos. Eso prueba que los ingenieros de Timken han ido y trabajado con los clientes en los problemas que los preocupan”.

Y también explica: “Invertimos en investigación y desarrollo para identificar los problemas fundamentales de las aplicaciones de nuestros clientes, con la idea de trabajar a la vanguardia de la ingeniería y el conocimiento científico para resolverlos y, luego, aplicar las soluciones en múltiples industrias. Los revestimientos resistentes al desgaste son un gran ejemplo de cómo trabajamos juntos para crear valor a lo largo del tiempo, desde el laboratorio y en todo el trayecto hacia el equipo de nuestro cliente”.